■ 孟　迪

物美價(jià)廉的生物燃料新星

■ 孟迪

生物燃料泛指由生物質(zhì)組成并經(jīng)加工得到的固體、液體或氣體燃料，其中的液體生物燃料可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源開發(fā)利用的重要方向。由于生物燃料在二氧化碳減排方面表現(xiàn)出色，因此生物燃料的應(yīng)用擴(kuò)大將帶來巨大的減排收益。國(guó)際能源署（IEA）預(yù)計(jì)，生物燃料在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)之后，每年可避免21億噸二氧化碳排放。

不過，推動(dòng)生物能源走向高潮的高油價(jià)和環(huán)保兩項(xiàng)要素，現(xiàn)在有了一些新變化。成本是限制生物燃料大面積推廣的重要原因，特別是在全球油價(jià)低迷的背景下，生物燃料產(chǎn)業(yè)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在世界上最大的生物柴油出口國(guó)阿根廷，受低油價(jià)沖擊的生物柴油企業(yè)正身陷困境。這只是當(dāng)前全球生物燃料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的一個(gè)縮影，在美國(guó)、巴西、印尼的生物燃料企業(yè)，都面臨著類似的困境。

盡管面臨挑戰(zhàn)，但生物燃料發(fā)展的腳步一直沒有停止。近兩年，都有哪些物美價(jià)廉的生物燃料原料進(jìn)入世界科學(xué)家們的“法眼”呢？

以秸稈等廢棄物為原料

以農(nóng)產(chǎn)品為原料的第一代生物燃料在我國(guó)發(fā)展很快。中國(guó)科學(xué)院發(fā)布的《中國(guó)工業(yè)生物技術(shù)白皮書2015》顯示，2014年我國(guó)生物燃料乙醇年產(chǎn)量約216萬噸，生物柴油年產(chǎn)量約121萬噸。雖然在使用過程中比化石燃料清潔，但在開墾土地、種植、生產(chǎn)等過程中仍會(huì)損害環(huán)境。所以，第一代生物燃料開啟了生物燃料新的方向，即以秸稈等廢棄物為原料的第二代生物燃料技術(shù)。

以玉米秸稈和玉米芯等農(nóng)作物廢棄物為原料生產(chǎn)的纖維素乙醇是一種新型清潔能源，并可以作為燃料乙醇來使用。據(jù)測(cè)算，添加10%體積燃料乙醇的車用乙醇汽油可減少一氧化碳排放25%～30%，減少二氧化碳排放約10%。近年來，越來越多的國(guó)家將發(fā)展生物質(zhì)能作為替代化石能源的重要戰(zhàn)略措施。

我國(guó)生物質(zhì)能資源十分豐富，每年有7.5億噸生物質(zhì)急需綜合開發(fā)利用，其中用植物秸稈生產(chǎn)纖維素乙醇就是較好的開發(fā)方式。在國(guó)家財(cái)稅政策調(diào)節(jié)的引導(dǎo)下，中國(guó)燃料乙醇行業(yè)逐漸向非糧經(jīng)濟(jì)作物和纖維素原料綜合利用方向轉(zhuǎn)變。2015年7月，吉林省新天龍實(shí)業(yè)股份有限公司與美國(guó)杜邦公司達(dá)成一項(xiàng)特許協(xié)議，新天龍公司將應(yīng)用杜邦公司的纖維素乙醇工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)和二代纖維素酶，采用大量玉米秸稈來生產(chǎn)可再生燃料，在四平市建設(shè)纖維素乙醇生產(chǎn)項(xiàng)目。

混種柳枝稷為生物燃料加碼

柳枝稷是一種生長(zhǎng)在大范圍土地上、適應(yīng)多類型氣候、高強(qiáng)莖梗的美國(guó)當(dāng)?shù)刈魑?。很早以前，美?guó)中部大草原茂密的柳枝稷，肥沃了土壤，創(chuàng)造了數(shù)百萬英畝的農(nóng)田（現(xiàn)在主要種植玉米）。

柳枝稷是一種主要用于飼料和土壤修復(fù)的野生草，且成熟慢。因?yàn)榍捌谒獌?chǔ)存能量構(gòu)建強(qiáng)大的根系，柳枝稷需要三四年才能達(dá)到其最具生產(chǎn)力的作物產(chǎn)量，之后就會(huì)減少對(duì)水分和肥料的需求。種植柳枝稷有很多好處：易于維護(hù)，不需要每年重新播種；相對(duì)抗病和抵御極端天氣；可使用商業(yè)化干草設(shè)備進(jìn)行種植和收獲。然而，將柳枝稷細(xì)胞壁上堅(jiān)硬的木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇（美國(guó)最常見的生物燃料添加劑），比玉米淀粉轉(zhuǎn)化更為困難。

多年以來，柳枝稷研究主要集中在一旦達(dá)到了生物煉制程度，如何有效處理它。不過，科學(xué)家們現(xiàn)在正在探索牧草特別是柳枝稷是如何豐富國(guó)家生物燃料供給的。莖是生產(chǎn)生物燃料最主要的木質(zhì)纖維素來源，研究團(tuán)隊(duì)還試圖找到提高這類柳枝稷生產(chǎn)效率的辦法和更容易加工成乙醇的品種。

人工林木材等為新西蘭解憂

幾乎所有的新西蘭的石油都是進(jìn)口的，而且80%以上是為了滿足國(guó)家運(yùn)輸燃料的需求。因此，替代進(jìn)口的化石運(yùn)輸燃料成為增加生物能源在新西蘭發(fā)展的最大機(jī)遇。

由殘留生物資源為原料生物燃料生產(chǎn)，僅能滿足新西蘭6%的總運(yùn)輸燃料的需求。所以，生物燃料需求將通過更高水平種植的原料塊來實(shí)現(xiàn)。在新西蘭，最大的生物質(zhì)資源就是人工林木材，也最有潛力去擴(kuò)展為大規(guī)模的生物燃料生產(chǎn)。

目前，新西蘭已經(jīng)有一個(gè)成熟的人工林產(chǎn)業(yè)和木材加工業(yè)，提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)以發(fā)展未來的生物燃料和生化產(chǎn)業(yè)。森林莊園，總計(jì)約173萬公頃，由主要的輻射松（約90%，25～30輪伐期）和道格拉斯冷杉（6%，40～45輪伐期）。

到2030年，新西蘭可以通過利用低生產(chǎn)率的土地森林來滿足全部交通燃料的需求。這里有920萬公頃的山地、丘陵，以及這片土地上只轉(zhuǎn)換30%的森林將滿足該國(guó)的總運(yùn)輸燃料的需求，同時(shí)仍保留了更有價(jià)值的平原用于糧食生產(chǎn)。

木材邊角料如樹根樹樁，也成為生物燃料物美價(jià)廉的原料。日前，中國(guó)企業(yè)陽(yáng)光凱迪宣布將投資10億歐元在芬蘭北部凱米市建廠生產(chǎn)生物質(zhì)油，計(jì)劃2019年底投產(chǎn)，預(yù)計(jì)年產(chǎn)20萬噸生物燃料，其中75%是生物柴油，25%是生物汽油。工廠所用原材料被稱作是“能源木料”，包括木材邊角料如樹根樹樁。

咖啡渣也要升級(jí)到生物燃料

總部位于倫敦的年輕的能源公司“Bio-bean（生物豆）”專門將從英國(guó)各家咖啡館和工廠回收來的咖啡渣制成各種生物燃料，近期將推出袋裝的炭塊。

“Bio-bean”的創(chuàng)始者Arthur Kay發(fā)現(xiàn)，咖啡具有的熱值比木材還高，從廢棄咖啡渣中提取出的油份可進(jìn)一步加工為生物柴油，而剩余的咖啡渣可變成燒烤或鍋爐用的生物質(zhì)顆粒燃料。

在“Bio-bean”采用的五階段加工系統(tǒng)中，這些咖啡渣被提煉、攪拌、瀝干。其中的油份占約20%，在完成提取油份后，瀝干剩下的咖啡渣，將其制成顆粒狀或塊狀燒烤用炭。燃料公司將咖啡渣提取油與一定量的礦物柴油混合成一種生物柴油。

目前，“Bio- bean”制作工廠的日產(chǎn)量在數(shù)10噸左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了英國(guó)生物質(zhì)顆粒燃料的年使用量（500萬噸）。因此，只能依賴進(jìn)口（主要是美國(guó)）來填補(bǔ)國(guó)內(nèi)需求。

物盡其用的葡萄果渣

無獨(dú)有偶，從食物廢渣中發(fā)現(xiàn)商機(jī)的還有澳大利亞阿德萊德大學(xué)的博士生Kendall Corbin。他的研究發(fā)現(xiàn)，葡萄酒廠釀葡萄酒剩下的葡萄果渣中有31%～54%是由碳水化合物組成的，很適合作為制取生物燃料的原料。因此，他正在嘗試從釀酒廢料中提取生物燃料。

Corbin研究了如何用酸和酶提前處理葡萄果渣，來提高提取生物燃料的有效性。研究發(fā)現(xiàn)，使用酸和酶提前處理后，1.1噸的葡萄果渣可轉(zhuǎn)換成高達(dá)400升的生物乙醇；如果沒有這些添加劑，大部分的葡萄果渣中發(fā)現(xiàn)的碳水化合物會(huì)直接通過發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乙醇，相同數(shù)量的葡萄果渣只能轉(zhuǎn)化成270升的生物乙醇。

除了生物燃料，Corbin研究?jī)?nèi)容還涵蓋了如何用葡萄果渣來制作肥料或動(dòng)物飼料。

盡管面臨挑戰(zhàn)，生物燃料要突破技術(shù)瓶頸仍需時(shí)日，但不可否認(rèn)的是，生物燃料發(fā)展的腳步一直沒有停止，生物燃料的發(fā)展前景依然可期。在2015年底，近200個(gè)締約方達(dá)成《巴黎協(xié)定》，不僅強(qiáng)調(diào)了2℃溫控目標(biāo)，更是提出各方將努力把升溫控制在1.5℃以內(nèi)，被認(rèn)為是“拯救地球的最好機(jī)會(huì)”。專家認(rèn)為，作為2020年后的減排行動(dòng)綱領(lǐng)，《巴黎協(xié)定》為生物燃料在二氧化碳減排行動(dòng)中發(fā)揮更大作用提供了歷史機(jī)遇。